Mô hình hóa và nhận dạng hệ thống - Chương 1

Xác định ngõ vào, ngõ ra của hệ thống cần nhận dạng ⇒ xác định tín hiệu “kích thích“ để thực hiện thí nghiệm thu thập số liệu và vị trí đặt cảm biến để đo tín hiệu ra. Chọn tín hiệu

Môn học MƠ HÌNH HĨA VÀ NHẬN DẠNG HỆ THỐNG Giảng viên: TS Huỳnh Thái Hồng Bộ mơn Điều Khiển Tự Động, Khoa Điện – Điện Tử Đại học Bách Khoa TP.HCM Email: hthoang@hcmut.edu.vn, hthoang.hcmut@yahoo.com Homepage: http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 27 October 2009 © H T Hoàng - ÐHBK TPHCM Giới thiệu môn học Mục tiêu: Môn học trang bị cho học viên kiến thức để giải toán xây dựng mơ hình tốn học hệ thống động phương pháp mơ hình hóa nhận dạng hệ thống Số tiết: 30 LT + 15 TL Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Mơ hình hóa Chương 3: Nhận dạng mơ hình khơng tham số Chương 4: Cấu trúc mơ hình có tham số Chương 5: Các thuật tốn ước lượng tham số Chương 6: Đánh giá mơ hình Chương 7: Thực nhận dạng hệ thống Chương 8: Nhận dạng hệ thống kín Tiểu luận: Nghiên cứu ứng dụng mơ hình hóa nhận dạng 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Đánh giá môn học nh Bài tập: 40% Tiểu luận: 20% Thi cuối khóa: 40% 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Tài liệu tham khảo [1] L Ljung , System Identification – Theory for the users, 2nd Edition, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1999 [2] R Johansson, System Modeling and Identification, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1993 [3] D L Smith, Introduction to Dynamic Systems Modeling for Design, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1994 [4] Huỳnh Thái Hoàng, Bài giảng Mô hình hóa nhận dạng hệ thống, http://www4.hcmut.edu.vn/~hthoang/ 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Chương GIỚI THIỆU 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Nội dung chương Hệ thống động mô hình Mô hình hóa Nhận dạng hệ thống 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Hệ thống động mô hình ng ng 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Hệ thống ng Hệ thống đối tượng biến tương tác với tạo tín hiệu quan sát (Ljung, 1999) v(t) w(t) Hệ thống y(t) u(t) u: tín hiệu vào y: tín hiệu w: nhiễu đo v: nhiễu khơng đo 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Hệ thống động ng ng Hệ thống động (Dynamic System) hệ thống tín hiệu khơng phụ thuộc vào tín hiệu vào mà cịn phụ thuộc vào tín hiệu tín hiệu vào q khứ Quan hệ vào hệ thống động mô tả phương trình vi phân (hệ liên tục) phương trình sai phân (hệ rời rạc) Đối tượng khảo sát môn học hệ thống động 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Mô hình Mô hình (model) hệ thống quan hệ giả thiết (assumed relationship) tín hiệu quan sát hệ thống Mô hình toán học (các) biểu thức toán học mô tả quan hệ vào hệ thống MH miền thời gian – MH miền tần số MH liên tục – MH rời rạc MH tuyến tính – MH phi tuyến MH tham số – MH không tham số,… 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 10 Cách xây dựng mô hình toán học ch ng Mơ hình tốn học xây dựng cách: Mơ hình hóa (System Modeling) Mơ hình hộp trắng (white-box model) Nhận dạng hệ thống (System Identification) Mơ hình hộp đen (black-box model) Kết hợp mơ hình hóa nhận dạng hệ thống Mơ hình hộp xám (gray-box model) 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 11 Ứng dụng mô hình ng ng Thiết kế hệ thống Mô Dự báo Đo lường Phát hiện, chuẩn đoán lỗi Tối ưu hóa 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 12 Mô hình hóa 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 13 Mô hình hóa Mô hình hóa phương pháp xây dựng mô hình toán hệ thống cách dựa vào qui luật vật lý chi phối hoạt động hệ thống Ba bước mơ hình hóa: Phân tích chức năng: phân tích hệ thống thành khối chức năng, mơ hình tốn khối chức biết rút dựa vào qui luật vật lý Phân tích vật lý: rút mơ hình tốn khối chức dựa vào qui luật vật lý Phân tích tốn học: khối chức kết nối tốn học để mơ hình hệ thống 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 14 Mô hình hóa Phương pháp mô hình hóa áp dụng ta biết rõ cấu trúc hệ thống qui luật vật lý chi phối hoạt động hệ thống Các định luật vật lý Điện Cơ học Nhiệt Lưu chất lỏng Lưu chất khí 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 15 Thí dụ mô hình hóa Động DC liên kết với tải qua khớp nối mềm Sơ đồ khối 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 16 Thí dụ mô hình hóa Sơ đồ tương đương Các phương trình vi phân rút từ định luật vật lý 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 17 Nhận dạng hệ thống ng ng 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 18 Nhận dạng hệ thống ng ng Nhận dạng hệ thống phương pháp xây dựng mơ hình tốn hệ thống dựa vào liệu vào quan sát ν (t) u(t) Hệ thống y(k) u(k) Mô hình 27 October 2009 y(t) ε (k,θ) ŷ(k,θ) © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 19 Các bước nhận dạng hệ thống ng ng Bốn bước nhận dạng hệ thống: Thí nghiệm thu thập số liệu Chọn cấu trúc mơ hình Ước lượng thơng số Đánh giá mơ hình 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 20 Thông tin biết trước hệ thống: qui luật vật lý, phát biểu ngôn ngữ, … Vòng lặp nhận dạng hệ thống ng ng ng Thí nghiệm thu thập liệu Xử lý sơ liệu Chọn cấu trúc mô hình Chọn tiêu chuẩn ước lượng Ước lượng thông số Không tốt ⇒ xét lại thông tin biết trước 27 October 2009 Đánh giá mô hình Không tốt ⇒ lặp lại Tốt ⇒ chấp nhận mô hình © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 21 Kiến thức liên quan đến nhận dạng hệ thống ng ng Lý thuyết tín hiệu (tín hiệu, nhiễu, lượng, công suất,…) Xác xuất thống kê (xác xuất, kỳ vọng, phương sai,…) Đại số tuyến tính (các phép tính ma trận) Phương pháp tính (tối ưu hóa dùng phương pháp số) 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 22 Thí dụ nhận dạng hệ thống ng ng Nhận dạng hệ thống sưởi dùng lượng mặt trời 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 23 Thí dụ nhận dạng hệ thống ng ng 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 24 ... Hệ thống động mô hình Mô hình hóa Nhận dạng hệ thống 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Hệ thống động mô hình ng ng 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM Hệ thống ng Hệ thống đối tượng... Tối ưu hóa 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 12 Mô hình hóa 27 October 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 13 Mô hình hóa Mô hình hóa phương pháp xây dựng mô hình toán hệ thống cách dựa vào qui... 2009 © H T Hồng - ÐHBK TPHCM 18 Nhận dạng hệ thoáng ng ng Nhận dạng hệ thống phương pháp xây dựng mơ hình tốn hệ thống dựa vào liệu vào quan sát ν (t) u(t) Hệ thống y(k) u(k) Mô hình 27 October